从低碳到零碳如何实现柴油机工业绿色高效

从低碳到零碳，如何实现柴油机工业绿色高效

21.4月，世界工业大会（以下简称“工业大会”）在山东省济南举行。在“碳达峰、碳中和”战略目标下，内燃机产业发展面临前所未有的机遇和挑战，集聚全行业之力，为产业发展探明方向势在必行。内燃机，作为第二次工业革命的标志性科技成就，现在仍在人类生产生活中发挥着不可替代的作用，而且在未来相当长的一段时间内，还将是陆上交通、船舶运输和工程机械的主导动力装置。然而，不可否认的是，在新一轮电气化的浪潮下，内燃机产业探寻全新发展路径、加快绿色低碳转型迫在眉睫，实现零排放、数字化和系统集成化是大势所趋。因此，本届大会以“绿色、高效、智能、可靠”为主题，在首日通过4个主旨报告、9个主题报告，对内燃机可持续发展、节能减排展开了深入研讨。提高低能耗是目前提高燃油效率的重点之一从低碳到零碳，循序渐进开展阶梯式“减碳”行动，是大会开幕当天行业专家达成的共识之一。“在‘碳达峰、碳中和’目标下，中短期，内燃机要不断提高热效率，走低碳、清洁发展之路；中长期，变革性技术——可再生燃料，将使内燃机成为碳中性和零碳动力，为内燃机提供崭新未来！”中国工程院院士，上海交通大学副校长、讲席教授黄震在主旨报告中如是说。这样的观点，也与大部分与会专家学者不谋而合。高效率，带来低能耗；提高热效率，是当前内燃机降低碳排放最现实的手段。纵观全球内燃机行业，提高热效率现已成为各国柴油机行业发展的重点。对此，天津大学讲席教授、中国内燃机学会常务理事尧命发在主题演讲中举例，美国早在2011年就启动了“超级卡车项目”，远景目标为58.8%热效率。我国自“十三五”开展超节能混合动力卡车研发以来，经过多年基础研究和技术创新，在热效率提升方面，同样取得了长足进步。2020年，潍柴发布了全球首款突破50%热效率的商业化柴油机，引发行业高度关注和强烈反响。这不仅证明了我国内燃机产业内的一些领军企业无论在产品技术还是质量上，已具备比肩国际的先进水平，而且也为更多业内企业开展技术革新树立了典范。“提高柴油机热效率，是一项多参数优化、多因素制约、多目标的复杂系统性工作。”尧命发认为，降低最大爆发压力和降低总的流体成本，是提高柴油机热效率需要解决的两个重要问题；拟等压燃烧是降低爆发压力和成本、实现高热效率的重要途径。总而言之，现阶段，将内燃机有效热效率提升到50%以上有一定难度，但并非高不可攀。加强技术创新，发挥学科人才优势，着力推进“卡脖子”、填空白、有需求的关键核心技术攻关，并将其落实到产品开发中，就能够切实为内燃机产业绿色发展注入强劲动力。推广低碳燃料如今，世界绿色发展是大势所趋，从长远考虑，减少化石燃料消耗、发展和利用可再生能源、实现能源多样化，是加快实现内燃机从低碳到零碳排放的有效路径。“内燃机，作为一种将热能转化为机械能的装置，要实现碳中性和零碳化，关键在于燃料。”黄震在发言中指出。当前，除了电能、天然气等传统能源外，进行内燃机低碳零碳技术研究，开发“绿氢”、“绿氨”、生物燃料等低碳、零碳燃料发动机，越来越多地受到行业专家学者的关注和重视。“完全依靠提高热效率，实现更低的碳排放甚至‘碳中和’是困难的，大家应该从柴油机的源头、联合产业链上下游共同努力。”黄震认为，要最终实现内燃机零碳排放，可以使用可再生能源制备的“绿氢”、“绿氨”、可再生能源合成燃料（如甲醇、醇醚）以及由大豆油、菜籽油、动物脂肪、餐饮废油提炼转化的生物燃料等。另外，值得注意的是，燃用可再生能源燃料的内燃机，不仅可以应用于传统使用内燃机的动力装置，也可以作为可再生能源利用的调峰电源或储能装置，在实现节能减排的同时，还能进一步降低资源成本的消耗，一举多得。新技术应用分析伴随着热效率提高，内燃机碳排放水平进一步降低，但由于机械负荷增大，使得其可靠性面临更大考验。如何在提升热效率的同时提高内燃机可靠性，这是一个需要全行业深入探讨的课题。对此，中国内燃机学会副理事长、内燃机可靠性国家重点实验室主任、第二届世界内燃机大会共同主席谭旭光，在题为《内燃机可靠性技术》的主旨报告中指出，内燃机可靠性主要包括内燃机零部件可靠性技术、整机可靠性技术、可靠性预测与评估技术3个主要方面。涉及工艺、材料、结构等多个领域，既有基础性技术研究，也有与大数据、智能网联相融合的前沿技术探索。另外，随着新技术、新材料的应用推广，例如3D打印技术的到来，将为内燃机可靠性设计理念和方法带来颠覆性的变革。基于大数据的全生命周期健康管理技术，攻克工业大数据驱动的智能运维与决策关键技术，将为内燃机全生命周期健康管理提供新的技术支撑。“未来，随着内燃机可靠性技术的不断提升，重型商用车B10寿命，有望从现有的180万公里，在2025年提升到240万公里，2030年达到300万公里。这将为内燃机智能化、清洁化、电气化、低碳化、轻量化、多元化的新技术推广应用奠定基础。”谭旭光认为。作为现阶段的汽车、船舶、工程机械主要动力，内燃机依靠技术的升级创新，“减碳”仍有提升潜力和空间。同时，围绕“绿色、高效、智能、可靠”的深入研讨，也将为其可持续发展打开新思路，探索新路径，开创新局面。思想，需要碰撞才能激荡出新的火花。面对我国“碳达峰、碳中和”承诺的临近，内燃机行业究竟该何去何从？业内众说纷